冲孔咬合塑性砼桩在填海区深基坑止水中的应用

古小胡

摘要:冲孔咬合桩作为一种支护围挡结构,在各处深基坑围护施中有较多的应用。由于其桩心相互咬和,解决了传统的桩防水效果差的毛病,且具有对环境影响小、质量可靠、造价低等优点。

关键词:咬合桩;深基坑;冲击成孔;防护止水

中图分类号:TV528 文献标识码:A

文章编号:1674-1145(2009)24-0154-02

钻孔咬合桩作为基坑支护止水结构,在工程实践中有着越来越多的应用,随着经验的积累,其施工工艺在理论与实践中得到不断完善,但一般咬合桩施工要求钻孔施工设备采用套管钻机,浇筑混凝土采用超缓凝型的混凝土以满足套管钻机能够对先施工的混凝土桩进行切削,以达到桩与桩之间相互咬合的目的,并且由于钻孔设备套管钻机的局限,要使咬合桩达到深入岩层起到更好的防护止水作用有一定困难。本文结合深港西部通道深圳侧接线Ⅰ标土方开挖及深坑支护工程施工,对冲击型钻孔咬合塑性砼桩在深基坑开挖防护止水中的应用予以介绍。

一、工程概括

深港西部通道是国家重点工程,其深圳侧接线工程,是深港西部通道的重要组成部分,本接线工程是通过一线口岸深港过境车辆的专用通道,设计行车速度80km/h,按双向六车道高速公路标准建设。接线工程起于月亮湾大道(设路堑式匝道与西部通道联系),沿线经过大南山北麓,东滨路和后海路,与工业大道、后海大道、规划后海滨路与科苑大道等相交,终点位西部通道一线口岸出口,主线(未含匝道)全长约4.5km(其中地下结构长3.08km,高架结构长0.735km)。Ⅰ标段由西往东自桩号ZXk4+073.5至1AKO+088.15,全长约491.5米,采用下沉式道路;现有地面高层介于4.07～6.25m,起伏不平,局部遗留有小池塘,下沉道路路面标高为-4.50～-3.31m,路面以下标槽,垫梁,垫层合计为2.40m,故基层底标高应介于-6.91～-5.71m。场地北侧较为空阔,南侧距基坑边 3.2m为雨水箱涵(2*5.5*2.9)。

二、水文地质背景及止水方案的选择

本标段位于老海堤与新填筑海堤之间的填海区,地层岩性及地下水较为复杂,地层自上而下依次为强夯块石墩或经爆破挤淤处理的沉积淤泥,厚6～12.6m,含有机质3.67%～9.91%;黏土层0.6～10.7m;淤泥质亚黏土层,厚0.6～9.3m,含有机质3.92%～16.03%;含有机质粗砂(砾)层厚1.0～5.1m及下卧砾质亚黏土层。其中粗砂(砾)层及填土层底部作排水垫层的粗砾砂层含水性和透水性良好,抽水试验表明原海堤地下水位随潮涨潮落有较明显的升降,地质报告揭示填海区的地层渗透系数达100m/d,地下水不仅丰富且与海洋有直接水力联系。为保证深基坑的安全及主体结构的施工质量,有效的止水帷幕必不可少。此深基坑采用两侧冲孔钢筋砼桩支护,止水帷幕位于两侧支护桩外侧与基坑平行呈线性展布。在以往工程实践中,由于深层水泥搅拌桩或高压旋喷水泥土桩对有机质含量较高的淤泥及含有机质较高的黏土固结效果不理想,而咬合钢筋砼桩效果虽好,但成本高,工期也较长。我公司选择了冲孔咬合塑性砼桩作止水帷幕,因其与钢筋砼桩比较,止水效果相当,成本约可节省1/3,工期约节省1/5,故在众多投标方案中脱颖而出中标。

三、施工工艺流程图

四、施工工艺

在基坑两边,采用D1000mm冲孔排桩灌注素砼地下防渗墙,桩中心距为800mm,即桩与桩相交200mm,采用隔一作一跳打施工,全为素混凝土桩间隔布置(见图1)。Ⅰ序桩先施工,然后施工Ⅱ系桩。Ⅰ系桩混凝土需采用超缓凝型混凝土,要求在Ⅱ系桩施工时,为保证冲击位置准确,施工Ⅱ系桩时Ⅰ系桩能受力均匀,先将Ⅰ系桩全部施工完毕,再间隔施工Ⅱ系桩。在Ⅱ系桩施工过程中,为使受力均匀,便于咬合桩的施工,必须严格控制Ⅱ系桩的施工顺序,间隔施工Ⅱ系桩,使每次施工的Ⅱ系桩两侧咬合桩的数量基本一致,既第一次施工时Ⅱ系桩两侧各一根桩,第二次施工的Ⅱ系桩两侧各有三根桩,第三次施工时的Ⅱ系桩两侧各有5根桩,以此类推。桩长按设计要求分别为15.0m~18.0m。有效地解决了传统桩心防水效果差、渗水严重的问题。

五、基坑

(一)基坑的布置与止水

Ⅰ标段基坑长约491.5m,根据场地地形,场地基坑开挖前,先把场地平整至标高5.0m,基坑底标高介于-6.91～-5.71m,基坑深度为10.71～10.91m,基坑宽为30.1～37.0m,由于场地回填了较厚的块石,受场地影响采用的支护方式主要为:坡率法、排桩支护法、地下连续墙支护法。其场地的土层情况,深层搅拌桩无法在回填块石层成孔施工,高压注浆在块石层中也效果不佳。因块石中空隙大、含水量高,具有一定的流动性,注浆难以成墙;高压旋喷由于块石块径较大(500～1000mm),硬度较大,难以成孔,在块石层中喷射不均匀,难以成桩或成墙,形成止水帷幕;冲孔咬合塑性砼桩,该方法在与本场地地质条件极相似的某大楼基坑止水工程中应用取得了良好的效果,基坑深度也约9.0m,采用塑性砼冲孔桩止水,止水效果好、大大地减少了造价、缩短了工期。它利用冲孔成桩,解决了在块石中成孔难的问题,利用水下灌注,确保了桩的连续性、均匀性,在材料方面,合理调整配合比,主要考虑其成桩的均匀性及透水性、对强度要求不高,节约了成本。因此,宜采用冲孔咬合塑性(低标号)砼桩。主要技术参数:桩径1000mm、间距800mm、咬合200mm、垂直度1%、渗透系数少于10cm/s、强度为C10、坍落度18~22。

根据计算确定桩位平面布置,施工中各桩采用环形闭合布置,咬合桩中心线为圆形,半径比挖井基础外径大约100 cm。冲孔灌注桩采用1.0m桩径,相邻桩之间中心间距0.8m,保证咬和厚度20 cm,通过放样精确确定桩的中心位置。

(二)基坑的排水与降水

根据地质报告试验资料、地区气象资料以及结构抗浮安全需要(要求在结构箱体完成前基坑水位均需保持于基坑底以下0.5～1.0m,待箱体完成后箱顶覆土前水位应保持在箱顶2m以下),结合基坑的支护止水设计认为:1.基坑在施工期间采用集水坑及明沟进行降排水。2.基坑开挖施工完成后,箱体完成箱顶覆土前为保证结果抗沉的要求,宜采用井点降水来降低水位,以保持干燥的施工环境,提高土体的强度与基坑边坡定性方面的要求。降水井口径为130mm,深度为6m(自坑底至井底),布置在场内两侧,间距为20m。

六、冲孔咬合桩工序要点

(一)埋设护筒

根据放样的位置准确埋设护筒,挖好埋坑后将护筒埋入孔内,周边用黏土填实,护筒埋设应准确、稳定、护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50mm。护筒采用4~8mm厚的钢板制成,其内径应大于钻头直径200mm,顶部开设1~2个溢浆口。护筒的埋设深度大于1.25m。如果回填石块过多可加高护筒至3米,并应保持孔内泥浆面高于地下水位1.0m以上。

(二)钻机就位

护筒埋设好后,经检查合格,钻机就位。钻机采用普通冲击型钻机,冲击钻机施工Ⅰ序桩时钻进砂岩层,平均钻进速度8～9 cm/h,泥岩层平均钻进速度9～12 cm/h。施工Ⅱ系桩时,由于要切割Ⅰ序桩混凝土并保证咬合效果,更须严格控制钻速及垂直度,平均钻进速度6～8 cm/h,对施工速度过快及出现的偏孔现象马上进行纠偏更正。

(三)钻孔垂直度的控制

钻孔过程中需对成孔垂直度采用全过程监控,施工中采用全站仪检测,对钻机沿对角线设定2个点进行测量,钻机就位后用油漆做标记测出此时的原始坐标、高程等。施工过程中采用小冲程钻进,保证桩位准确、垂直。钻机每钻进1 m测量一次测点情况,发现钻机移动、位置偏移等情况马上处理,一般采取钻机先纠偏方法,小幅度移动钻机,使钻机恢复原来位置,测量合格后重新开钻。偏差较大时,将已成孔的1 m范围用黏土回填,再纠正钻机位置,精确测定钻头中心,使之与设定桩基中心误差<2cm时方可重新开钻。经过不断检测与调整,稳步施工,确保成孔精度<3‰,保证咬合桩咬合厚度。

(四)灌注混泥土

钻孔到位后进行终孔检测,检查孔位准确度及成孔垂直度,应用测量仪器复核孔位。

在满足咬合厚度,验收合格后桩孔内直接灌注混凝土,采用普通水下混凝土配合比,按灌注普通水下混凝土施工方法施工,防止两次混凝土之间泥浆层过厚造成基础开挖后渗水严重,必须彻底进行清孔,尽量降低孔内泥浆相对密度,在保证不塌 孔的情况下灌注混凝土时泥浆相对密度为1.05。灌注混凝土采用普通水下灌注混凝土方法,灌注前由于孔内泥浆相对密度较小,为安全起见,尽量缩短灌注施工时间。

七、结语

1.冲击钻孔咬合桩非常适合各种复杂地质的深基坑开挖防护,并且咬合桩施工中不需要全套管钻机等施工设备及超缓凝型混凝土等特殊施工工艺要求,冲击冲孔桩成孔施工工艺非常成熟,操作方便,成功率高。除岩层以外,它可适用于任何土层,尤其适用于淤泥、流沙、地下水富集等不良条件的沿海地区软土地层。它具有防渗效果好、经济适用等优点。。

2.冲击钻孔咬合桩对桩位准确度及垂直度要求很高,必须在施工过程严格控制,施工中钻孔切削已施工完成的素混凝土桩,即Ⅱ系桩施工成孔后,灌注混凝土前必须彻底清孔,提高清孔标准,在保证不塌孔的条件下尽量减小泥浆相对密度,这对咬合桩的防水效果有很大影响。

3.深港西部通道是国家重点工程,本标段作为其一个分部工程,由于设计合理,施工过程每个工序严格把好质量关,止水帷幕完工后经检查验收,符合设计要求和施工验收规范,为后期深基坑的顺利开挖及基坑内主体结构的施工提供了良好的作业环境,不仅节省了投资,又为整个工程按期交付使用,并被评为优秀工程奠定了良好的基础。